[发明专利]一种碳点及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种碳点及其制备方法和应用，所述碳点的制备方法为：以柠檬酸，尿素，氯化钙为前驱体，经真空高温煅烧后，通过后续的提纯即可得到碳点。本发明制备的碳点，首次应用于电化学选择性氧还原产双氧水行业，并且经过旋转环盘电极和H型电解槽设备的检测发现在电催化生产双氧水中，具有良好的选择性，利于进一步工业化电催化制双氧水的应用。

技术领域

本发明属于材料制备与应用技术领域，具体涉及一种碳点及其制备方法和应用。

背景技术

双氧水（过氧化氢）是一种重要的化学物质，在工业、医药、环保、军工、食品和环境等领域有着广泛的应用。它既有氧化性又有还原性并且使用后无二次污染，被定义为绿色化工产品。目前工业上大规模生产双氧水的最成熟的方法是蒽醌法，但蒽醌法不仅步骤繁琐，还会用到一些有机溶剂，对环境造成二次污染，因此寻找一种绿色高效的方法生产双氧水迫在眉睫。

在电化学氧还原的反应（ORR）中，有两种反应途径：

即反应转移2e^-途径产生H₂O₂（式1）和反应转移4e^-途径产生H₂O（式2），而催化剂的选择性是决定反应途径的关键因素之一。因此，选用一种合适的催化剂可以促进氧气还原反应的2e^-途径，产生并积累大量H₂O₂，达到小规模高效绿色生产双氧水的目的。

目前电催化氧化还原反应的高效催化剂，大部分都是选择4e-途径；只有贵金属及其合金、单原子催化剂、碳基材料、金属配合物等可以催化选择2e-途径，却价格昂贵，并且要精确控制催化剂的结构等，制备条件苛刻。因此其他的一些新型材料亟需探索研究，而碳点由于其作为一种碳材料，表面具有大量的含氧官能团，这些含氧官能团能够大幅提高其对电催化产双氧水的选择。且碳点的制备原料来源广泛且廉价，因而其在电化学氧还原领域存在极大的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的上述技术问题，本发明的目的在于提供一种碳点及其制备方法和应用。

所述的一种碳点的制备方法，其特征在于以柠檬酸，氯化钙和尿素为前驱体，经高温煅烧后，通过后续的提纯即可得到碳点。

所述的一种碳点的制备方法，其特征在于具体包括以下步骤：

1）柠檬酸，氯化钙和尿素为前驱体，均溶解在水中置于一个瓷舟中；

2）将带有前驱体的瓷舟置于管式炉中，在真空下高温煅烧，煅烧结束后自然冷却至室温，取出瓷舟中的产物加入乙醇超声后，经过离心取上清液，经旋蒸干燥后即得到碳点。

进一步的，步骤2）置于管式炉内的三种前驱体中，柠檬酸和尿素以及氯化钙的质量比为1.5：3：1。

进一步的，步骤2）中，进行高温煅烧的过程为：以5℃/min的升温速率从室温升温至120℃，在120℃下维持0.5h，以5℃/min的升温速率从120℃升温至190℃~310℃，优选为250℃，然后恒温保持0.5~1.5h，优选为1h，随后自然冷却。

按照上述方法制备的一种碳点。

所述的一种碳点在电催化制备双氧水中的应用。

进一步的，所述的一种碳点在电催化制备双氧水中的应用，以电化学工作站作为电化学发生装置，采用三电极测量体系，将所述碳点材料涂覆在碳布上作为工作电极，以铂丝作为对电极，饱和甘汞作为参比电极，以KOH水溶液作为电解液，进行电化学氧还原反应，生产双氧水产品。

进一步的，KOH水溶液的浓度为为0.1mol/L。

更进一步的，所述工作电极的制备方法为：将碳点加入nafion溶液和无水乙醇的混合液中，超声分散均匀后，将分散液均匀滴涂在碳布上，最后烘干即得到对应的工作电极。